Wspomaganie wyznaczania trasy lotu statku powietrznego w przypadku lądowania awaryjnego w rejonie portu lotniczego

Transkrypt

1 STAŃCZYK Paulna 1 STELMACH Anna 2 Wspomagane wyznaczana trasy lotu statku powetrznego w przypadku lądowana awaryjnego w rejone portu lotnczego WSTĘP Rozwój lotnctwa na śwece to ne tylko postęp technczny zwązany z budową statków powetrznych, ale także szeroko pojęty rozwój całej nfrastruktury lotnczej zapewnającej sprawny, zorganzowany przede wszystkm bezpeczny transport ludz ładunków. Jednym z welu, bardzo nstotnych elementów wspomagających właścwe funkcjonowane ruchu lotnczego może być problematyka sprawnego, szybkego nezawodnego wyznaczena mejsca przyzemena statku powetrznego w rejone lotnska. Możlwość taka ma stotny zwązek z bezpeczeństwem, które jest głównym prorytetem lotnctwa. Artykuł jest wprowadzenem do badań mających na celu opracowane koncepcj modelu do badań symulacyjnych, wyznaczena mejsca przyzemena statku powetrznego lądującego awaryjne w rejone lotnska z wykorzystanem opracowanego modelu matematycznego. Przedstawono w nm nezbędne elementy, których celem jest zapewnene wymaganego pozomu bezpeczeństwa podczas lotu. Perwszym elementem wpływającym na jakość lotu jest określene zasad wykonywana lotów w danej przestrzen powetrznej. 1 ZASADY WYKONYWANIA LOTÓW Charakterystyka obszaru wykonywana lotów (dużych odległośc mędzy lotnskam zmennośc warunków atmosferycznych) zwraca uwagę na: przebeg trasy lotu, odległość palwo nezbędne do wykonywana dolotu do odpowednego lotnska, nformację meteorologczną, cągłość dopływu nformacj o warunkach meteorologcznych na lotnskach, sprawność samolotu, szczególne systemów mających decydujący wpływ na bezpeczeństwo lotu, lość palwa, nawgacją łączność [6]. 1.1 Plan lotów Każdy planowany lot mus zgodne z przepsam posadać: plan lotu ICAO lub powtarzalny plan lotu, operacyjny plan lotu. Plan lotu ICAO sporządzany jest na formularzu w celu przedłożena służbe ruchu lotnczego przed rozpoczęcem lotu. Plany take są sporządzane przez dowódcę samolotu, w przypadku braku powtarzalnego planu lotu. Powtarzalny plan lotu jest dokumentem równorzędnym do planu lotu ICAO w przypadku lotów rozkładowych lub ser dentycznych lotów. Ponadto tworzony jest równeż komputerowy plan lotu (oblczenowy plan lotu), który sporządzany jest na każdy lot nezależne od powtarzalnego planu lotu lub planu lotu ICAO. Określa on parametry dane jake pownny być utrzymywane podczas realzacj całego lotu. Plany te są wykonywane w oparcu o charakterystyk samolotów dostarczane przez producenta, aktualne dla 1 paulna.stanczyk@gmal.com 2 ast@wt.pw.edu.pl 9933

2 danej trasy lotu warunk meteorologczne, aktualny nawgacyjny przebeg trasy lotu, oraz aktualny na dany rejs cężar samolotu, cężar dla startu przewdywany cężar do ładunku. Plan lotu wskazuje co najmnej jedno lotnsko zapasowe, jeżel lot ma być wykonywany w warunkach IMC (Instrumental Meteorologcal Condtons) według przepsów o lotach IFR. Wyjątek od stosowana tej procedury mają stanowć uwarunkowana: czas trwana lotu panujące warunk meteorologczne wskazują, że podejśce do lądowana lądowane będze wykonywane w warunkach VMC (Vsual Meteorologcal Condtons) na lotnsku docelowym w oblczonym czase przelotu ogranczonym co najmnej jedną godznę przed oblczonym czasem oraz jedną godznę po tym czase, gdy lotnsko docelowe znajduje sę na odosobnonym terene, gdze brak jest odpowednego lotnska zapasowego. Plan lotu ze względu na ekonomkę lotu jest także opracowywany pod kątem optymalzacj parametrów lotu. Dowódca samolotu pownen zawsze utrzymywać w czase lotu określone w plane pozomy prędkośc lotu. Ostępstwa są możlwe jedyne w zaleznośc od poleceń służb ruchu lotnczego, neprzewdznanych zman warunków meteorologcznych, lub w sytuacjach mających wpływ na bezpeczeństwo lotu. W sytuacjach gdy komputerowy plan ne może być sporządzony, załoga przed rozpoczęcem lotu przygotowuje oblczenowy plan lotu w oparcu o dzennk nawgacyjny wszystke nne dane, które są wprowadzane do komputera [6]. 1.2 Meteorologa oraz zapasy palwa oleju Znaczną rolę przy opracowywanu planu lotu, a w szczególnośc w czase jego wykonywana odgrywają warunk meteorologczne. Do zapoznana sę z aktualną pogodą służą bura meteorologczne, które na beżąco opracowują dokumenty zawerające nezbędne nformacje meteorologczne. Do głównych funkcj ww. bur należy: opracowywane (lub) otrzymywane prognozy pogody nnych nformacj dla lotów, oraz lokalnych warunków meteorologcznych, prowadzene cągłej obserwacj warunków meteorologcznych na lotnsku, zapewnane załogom lotnczym konsultacj dokumentacj lotu, wymenane nformacj meteorologcznych z nnym buram, opracowywane, rozpowszechnane lub dostarczane nformacj SIGMET (zawerają nformacje nt. Zjawsk, które wystąpły lub mogą wystąpć na trase lotu, oraz mają wpływ na bezpeczeństwo lotu). Dokumentacja na lot pownna zawerać prognozy dla lotnska startu lądowana, jak równeż dla co najmnej jednego lotnska zapasowego, nezbędnych do wypełnena operacyjnego planu lotu. Prognoza jest zestawenem przewdywanych warunków meteorologcznych na określony czas lub przedzał czasu dla określonych obszarów lub fragmentów przestrzen powetrznej. Może ona być: do startu, do lądowana (TREND), obszarowa trasowa. Wększe lotnska na określonych częstotlwoścach nadają beżącą nformację meteorologczną obejmującą określony obszar tzw. VOLMET, która jest nadawana w sposób cągły przez 24 godzny na dobę. Lot może sę odbyć tylko wówczas jeżel po uwzględnenu warunków meteorologcznych na danym odcnku lotu jak możlwych do przewdzena jakchkolwek opóźneń oraz odchyleń od trasy podczas lotu, samolot zostane zaopatrzony w odpowedną lość palwa oleju zapewnającą bezpeczne wykonane lotu. Ponadto samolot mus być zaopatrzony w rezerwę w przypadku neoczekwanych okolcznośc konecznośc lądowana awaryjnego poza lotnskem docelowym. 1.3 Procedury w loce Lot pozomy jest wykonywany w oparcu o operacyjny plan lotu, który pownen być zgodny z zatwerdzonym planem lotu. Jeżel brak jest komputerowego planu operacyjnego uwzględnającego 9934

3 optymalne zużyce palwa, wysokośc prędkośc lotu, pownny być one oblczone na podstawe wykresów tabel dla poszczególnych typów statków powetrznych. Podczas lotu pozomego załoga zobowązana jest do: przestrzegana przepsów ruchu lotnczego oraz łącznośc, dokładnego utrzymywana parametrów lotu, obserwacj przyrządów, nstalacj urządzeń znajdujących sę w samoloce notowana w raporce techncznym ewentualnych usterek, wykorzystana wszystkch dostępnych pomocy nawgacyjnych, znajomośc punktu krytycznego trasy, prowadzena kontrol zużyca zapasu palwa wg opracowanego plany lotu, znajomośc lotnsk w poblżu trasy do wykorzystana podczas ewentualnych sytuacj awaryjnych, utrzymywana łącznośc. Końcowym elementem lotu jest lądowane. Oczekwane na lądowane mus odbywać sę w strefe oczekwana wg schematu parametrów podanych w dokumentacj nawgacyjnej w tak sposób aby była ona zblżona do prędkośc optymalnej. Zużyce palwa w czase oczekwnaa na lądowane określane jest na podstawe wykresów zameszczonych w nstrukcj użytkowana samolotu w loce. Na podstawe wylczeń zapasu palwa dowódca zna możlwy czas oczekwana na lądowane określa godznę odlotu na lotnsko zapasowe. W czase lotu może dojść do zmany planu lotu w przypadku: zapewnena bezpeczeństwa pasażerom znajdującym sę na statku powetrznym, otrzymana ostrzeżena o nebezpecznych zjawskach meteorologcznych, takch jak turbulencja, strefy fronty burzowe oraz slne oblodzene na drogach pozomach lotu samolotu, utraty możlwośc nawgacyjnych, techncznej nesprawnośc samolotu, ze względów ekonomcznych, nnych przyczyn, np. choroby pasażera, terroru. Zmana planu lotu mus zostać potwerdzona przez odpowedną służbę ruchu lotnczego[6]. 2 LOTNISKA ZAPASOWE Lotnsko zapasowe może zostać wyznaczone tylko w przypadku, jeżel statek powetrzny z masą przewdywaną w czase przelotu na dane lotnsko będze odpowadał wymaganom ogólnych ogranczeń z uwzględnenem nezbędnej długośc lądowana podanej w nstrukcj użytkowana samolotu w loce dla wznesena lotnska zapasowego z uwzględnenem nnych wymagań operacyjnych dotyczących lotnsk zapasowych. Lotnska zapasowe wyznacza sę w oparcu o: możlwośc operacyjne samolotu, danego typu na planowanym lotnsku (długość wytrzymałość dróg startowych, wyposażene nawgacyjne, sprzęt do obsług techncznej samolotu, rodzaj palwa), warunk meteorologczne w czase przewdywanego lądowana, odległość od lotnska docelowego, stnene służby grancznej celnej dla rejsów zagrancznych, możlwość zapewnena wypoczynku pasażerom załodze, stnena dogodnej komunkacj nnej nż lotncza dla dowozu pasażerów do portu lotnczego. W czase trwana lotu, w oparcu o warunk meteorologczne, sytuację ruchową operacyjną, dowódca samolotu sam lub w przypadku zapewnonej łącznośc radowej, w porozumenu z Dzałem Nadzoru Operacyjnego może podjąć decyzję o zmane lotnska zapasowego na nne nż wskazane w plane lotu. Zmana lotnska zapasowego jest uzgodnona ze służbam ruchu lotnczego. 9935

4 3 MANEWRY WYKONYWANE W PROCEDURACH PODEJŚCIA DO LĄDOWANIA Powodzene lotu bez wdocznośc zależy ne tylko od osągnęca końcowego punktu trasy, ale przede wszystkm od skutecznego wykonana manewru przebjana chmur podczas podchodzena do lądowana. Przestrzeń powetrzna, która obejmuje manewr mus zapewnć możlwość utraty wysokośc z utrzymanem dopuszczalnych warunków znżana (dla danego typu statku powetrznego). Manewr podejśca do lądowana bezpośredno z trasy (proceduralny) jest najprostszym najczęścej stosowanym manewrem. Można go jednak zastosować jedyne gdy spełnone są określone warunk: odpowedna odległość od lotnska, określona wysokość, kerunek rozpoczęca dolotu. Manewr ten składa sę z następujących elementów: oczekwane (holdng), polegające na wykonanu lotu okrężnego nad pomocą nawgacyjną, w przypadku gdy natychmastowe wykonane lądowana jest nemożlwe, początkowe podejśce IAF (Intal Approach) osągnęce przez statek powetrzny określonego punktu od którego rozpoczyna sę właścwe podejśce, pośredne podejśce IF (Intermedate Approach), manewr, którego celem jest doprowadzene statku powetrznego do punktu leżącego na os lądowana, aby począwszy od nego rozpocząć lot prostolnowy w kerunku drog startowej, z jednoczesnym znżanem wysokośc, końcowe podejśce FAF (Fnal Approach), którego zadanem jest doprowadzene statku powetrznego do zetknęca sę podwoza z drogą startową. Kąt kolneacj podczas podejśca do lądowana, jeżel zawera sę w przedzale stopn stosuje sę wówczas podejśce neprecyzyjne, natomast jeżel meśc sę w przedzale 0-90 wówczas stosuje sę podejśce precyzyjne. Wyróżna sę dwa rodzaje podejśca neprecyzyjnego: NPA (Non-Precson Approach Procedure) procedura podejśca wg wskazań przyrządów, w której wykorzystuje sę prowadzene pozome, ale ne wykorzystuje sę prowadzena ponowego, np. podejśce na VOR, VOR/DME, NDB, APV (Approach procedure wth vertcal gudance) procedura podejśca wg wskazań przyrządów, w której wykorzystuje sę prowadzene pozome ponowe, ale która ne spełna wymagań precyzyjnego podejśca do lądowana, np. z wykorzystanem radaru PAR. Z kole procedura podejśca precyzyjnego PA (precson Approach procedure), wykorzystuje precyzyjne prowadzene pozome ponowe oraz mnma określone dla kategor operacj. Zapewnone jest przez nazemne pomoce nawgacyjne tj. ILS, MLS, bądź komputerowe dane nawgacyjne GNSS, INS. Procedura podejśca do lądowana jest ścśle określonym sposobem wykonywana manewru lądowana, który polega na nadawanu statkow powetrznemu właścwego kerunku lotu, korygowanu prędkośc wysokośc lotu względem drog startowej, a także przyjęcu przez statek powetrzny optymalnego kata schodzena (przy określonych warunkach). Projektowane procedur podejśca do lądowana jest zadanem bardzo złożonym, aby sprostać zadanu spełnena bezpeczeństwa loty muszą być wykonywane zgodne z proceduram. Są to loty zgodne z wartoścam lczbowym. Do typowych wartośc lczbowych parametrów fazy lądowana statku powetrznego zalcza sę: prędkość podejśca, procedury, kontrolowane śceżk podejśca, punkt przyzemena, technka lotu. Można znaczne zmnejszyć lość wypadków przy podejścu lądowanu jeżel wspomnane parametry lczbowe będą bezwzględne przestrzegane przez załog statków powetrznych. Bezpeczne lądowane poprzedzone jest właścwe wykonanym podejścem. Ustablzowane podejśce to lot na wyznaczonej śceżce schodzena właścwej prędkośc schodzena. 9936

5 Wszystke wyżej wymenone warunk muszą zostać zapewnone podczas każdego lądowana, równeż w sytuacj awaryjnej, jeżel tylko jest to możlwe. Dlatego też stotnym staje sę zagadnene wyznaczena mejsca przyzemena w możlwe najlepszych warunkach poza lotnskem docelowym, a jednocześne w rejone lotnska docelowego. W następnym rozdzale przedstawono model matematyczny za pomocą którego możlwe jest przeprowadzen badań symulacyjnych nad wyznaczenem mejsca przyzemena statku powetrznego poza lotnskem. 4 OPRACOWANIE KONCEPCJI MODELU DO BADAŃ SYMULACYJNYCH Jednym z stotnych elementów badań z użycem modelu technk symulacyjnej będze wyznaczene knematycznych równań ruchu. Będą one opsywały tor lotu, który charakteryzuje zachowane sę samolotu w przestrzen powetrznej jak równeż od rodzaju współrzędnych geografcznych lotnska docelowego. Przygotowany zostane algorytm programu komputerowego do wyznaczana współrzędnych toru lotu z wykorzystanem model opracowanych metodam komputerowej dentyfkacj w postac sztucznej sec neuronowej przedstawony na rysunku 4. Dobór odpowednej postac modelu matematycznego jest elementem decydującym o dokładnośc odwzorowana lotu rzeczywstego przez model. Uprzedzając wynk modelowana, przyjęto postać modelu jako następującą (rysunek 1): Rys. 1. Postać modelu odwzorowującego trajektorę lotu. Źródło: opracowane własne [10] Podstawowym czynnkem wpływającym na wynk modelowana jest typ statku powetrznego. Następne wyznaczane będą warunk początkowe lotu tj.: fl - faza lotu, s - segment lotu, T - czas trwana fazy lotu, a - typ awar, V - prędkość lotu (V = V 0 ), gdze V 0 oznacza prędkość w chwl =0, ψ - kurs (ψ = ψ 0), X, Y, Z - współrzędne położena samolotu (X = X 0, Y = Y 0, H = Z = Z 0 ). Następne wprowadzone zostaną parametry sterowana samolotu w chwl + 1, tj. faza lotu (fl ), segment lotu (s ), prędkość zmany kursu ( ψ ) oraz ponowa prędkość wznoszena W. Kolejnym etapem algorytmu będze wyznaczene czasu trwana lotu w -tej chwl, oraz kursu z zależnośc ψ = ψ -1 + ψ Δt jak równeż wysokośc lotu Z = H -1 +W t. Kolejne wyznaczana będze prędkość w -tej chwl z modelu matematycznego opracowanego metodam komputerowej dentyfkacj [9] lub też opcjonalne ze sztucznej sec neuronowej [11] - V = f (t, s, a, V -2, V -1 ). Współrzędne położena samolotu będą określane z zależnośc 9937

6 X = X -1 + V Δt cosψ sn, Y = Y -1 + V Δt snψ sn, Z = H przy czym kolejnym etape wyznaczana będze prędkość z uwzględnenem zakłóceń V W arcsn. W V V e. Przy czym ZAK V e V oblczane będze z modelu zakłóceń [11]. Wykorzystując opsany algorytm oblczeń opracowany zostane program komputerowy TL, który posłuży do oblczeń grafcznego przedstawena trajektor lotu. Na rysunku 2 przedstawono przykładowe trajektore z dwóch lotów dla fazy lądowana. Rys.2. Przykładowe tory lotu samolotu w faze lądowana. Źródło: opracowane własne [11] Z kole na rysunku 3 przedstawono przykładowy przebeg czasowy lotu samolotu począwszy od fazy startu a skończywszy na faze lądowana. Na rysunku tym pokazano zmany w czase prędkośc, kursu wysokośc. Rys. 3. Przykładowy przebeg czasowy lotu samolotu począwszy od fazy startu a skończywszy na faze lądowana. Źródło: opracowane własne [11] 9938

7 Rys. 4. Algorytm wyznaczana współrzędnych toru lotu samolotu. Źródło: opracowane na podstawe [11] WNIOSKI Problem awaryjnego lądowana statku powetrznego pojawł sę wraz z początkem transportu lotnczego. Dlatego właśne problem awaryjnego lądowana staku powetrznego jest przedmotem badań welu ośrodków. W artykule wskazano wybrane elementy ruchu lotnczego mające wpływ na bezpeczeństwo lotu, zaprezentowano zasady wykonywana ruchu samolotów w przestrzen powetrznej. Celem artykułu było zaprezentowane wstępnej koncepcj modelu badań symulacyjnych fazy lądowana awaryjnego samolotu w rejone lotnska, wskazane wybranych parametrów lotu mających bezpośredn wpływ na płynność ruchu, co w efekce pozwolło stworzyć algorytm wyznaczana współrzędnych toru lotu statku powetrznego Streszczene W zwązku ze stale zwększającym sę ruchem lotnczym, problem doboru odpowednego mejsca lądowana 9939

8 statku powetrznego w sytuacj braku możlwośc przyzemena na lotnsku docelowym staje sę coraz bardzej stotny. Artykuł wprowadza w tematykę doboru odpowednego mejsca przyzemena statku powetrznego w rejone lotnska w przypadku wystąpena sytuacj awaryjnej. W artykule poruszono problematykę zasad ruchu lotnczego obowązujących w przestrzen powetrznej. Przedstawono wynk analzy wybranych elementów mających wpływ na bezpeczeństwo płynność ruchu podczas wykonywana operacj awaryjnego lądowana statku powetrznego. Ponadto zaprezentowano koncepcję modelu do badań symulacyjnych pośwęconych wyznaczenu nowego mejsca przyzemena statku powetrznego w sytuacj awaryjnego lądowana w rejone lotnska. W celu wyznaczena knematycznych równań ruchu we wspomnanym modelu posłużono sę metodam komputerowej dentyfkacj oraz w postac sztucznej sec neuronowej. Assstng n determnaton of flght path of the arcraft n the event of an emergency landng n the arport area Abstract Due to the steadly ncreasng ar traffc, the problem of selectng the approprate arcraft landng ste n the absence of the possblty of landng at the destnaton becomes more and more mportant. Artcle ntroduces the selecton of approprate landng of the arcraft at the arport n case of an emergency stuaton. The artcle touched the ssue of ar traffc rules applcable n the arspace. Presents the results of analyzes of selected elements affectng the safety and fludty of movement durng emergency landng operatons. In addton, presented the concept of the model to the smulaton studes devoted to the appontment of a new place of touchdown of the arcraft n the event of an emergency landng at the arport area. In order to determne the knematc equatons of moton n tat model are used by computer dentfcaton and an artfcal neural network. BIBLIOGRAFIA 1. Accdent Preventon Manual Doc 9422-AN/923 ICAO. 2. JAA Arlne Transport Lcence Theoretcal Knowledge Manual, Oxford Avaton Servces Lmted Chuang, C., Su, S., Hsao C.: The Annealng Robust Backpropagaton (ARBP) Learnng Algorthm, IEEE Transactons on Neural Networks, vol. 11, September Ceślak G.: Infrastruktura krytyczna lotnsk kuracja ze skutkam ubocznym, :Terroryzm, 2010, nr Informacja o stane bezpeczeństwa lotów skoków spadochronowych w lotnctwe cywlnym RP w 2009 roku, Urząd Lotnctwa Cywlnego, Kweceń Procedury Służb Ruchu Lotnczego Doc Stańczyk P., Stelmach A.: Modelowane ruchu samolotu podczas operacj startu lądowana z wykorzystanem sztucznych sec neuronowych, red. Skorupsk J.: Współczesne problemy nżyner ruchu lotnczego - modele metody, p , Ofcyna Wydawncza Poltechnk Warszawskej, Warszawa Stańczyk P., Stelmach A.: Artfcal Neural Networks Appled to the Modelng of Arcraft Landng Phase, 10-th European Conference of Young Research and Scentsts - Proceedngs, ISBN: , Zlna 2013, pp Stańczyk P., Stelmach A.: Analza wpływu elementów nfrastruktury krytycznej na gotowość operacyjną portu lotnczego, Prace Naukowe Poltechnk Warszawskej - Transport, zeszyt nr 92, str , Warszawa Stelmach A.: Modelng of the selected arcraft flght phase usng data from Flght Data Recorder, Archves of Transport, vol. XXIII, NO 4, pp , Warszawa Stelmach A.: Identyfkacja model matematycznych faz lotu samolotu, Ofcyna Wydawncza Poltechnk Warszawskej, Warszawa Załącznk 2 ICAO Przepsy ruchu lotnczego. 13. Załącznk 14 ICAO Lotnska, Tom 1 Projektowane eksploatacja lotnsk. 9940